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1Cr13不锈钢与Q235碳钢的异种钢焊接技术
来源:无锡市诚飞金属制品重庆时时彩 | 发布时间:2016-06-17 | 浏览:895次 【关闭此页
内容摘要:对于1Cr13不锈钢与Q235碳钢的异种钢焊接,采用手工电弧焊,焊条选用E5015或E309,选择合适的焊前预热温度、焊接电流及速度等焊接工艺参数并进行适当的焊后热处理,就能获得良好的焊接效果,满足焊接结构的使用要求。

1Cr13不锈钢与Q235碳钢的异种钢焊接技术

1 某水库检修闸门门槽主轨设计采用的结构是断面为40×60mm的1Cr13不锈钢焊接固定在厚度为50mm的Q235钢板上。由于两种材料的热导率和线膨胀系数有很大差异,为了保证焊接质量,认真分析了两种材料的焊接性能及存在的问题,并据此制定了具体的焊接工艺措施。

2 焊接性能分析

1Cr13不锈钢和Q235碳钢的化学成分及物理性能如表1、2所示。

1Cr13不锈钢的Cr含量在11.5%~13.5%,同时匹配有不大于0.15%的C,Cr本身能增加钢的奥氏体稳定性,加入碳后经固熔再空冷会发生马氏体转变,因此1Cr13不锈钢焊缝和热影响区焊后状态的组织为硬脆的马氏体组织。另外,1Cr13的碳当量约为2.76%,因此它的焊接性较差。由于1Cr13不锈钢的导热性较Q235碳钢差,焊接残余应力较大,加之本闸门主轨的刚度较大,所以从高温直接冷却到100~120℃以下时很容易产生冷裂纹。由于焊接热循环的作用,1Cr13不锈钢有较大的过热倾向,晶粒易粗化,热影响区会出现粗大的铁素体和炭化物组织,塑性降低,冷却时能引起脆化,如果再有氢的作用,冷裂纹的倾向就更加明显。

3 焊接中的主要问题

由于1Cr13不锈钢和Q235碳钢化学成分差异很大,因此它们的焊接属于异种钢焊接,要在熔焊的条件下获得可靠的焊接接头存在许多问题。

3.1 热导率和比热容的差异

金属的热导率和比热容强烈地影响着被焊材料的熔化、熔池的形成,以及焊接区温度场和焊缝的凝固结晶。1Cr13不锈钢热导率约为Q235碳钢的一半,这么大的差异可使两者的熔化不同步,熔池形成和金属结合不良,导致焊缝结晶条件变坏,焊缝性能和成形不良。

3.2 线膨胀系数的差异

由于1Cr13不锈钢与Q235碳钢的线膨胀系数不同,造成它们在形成焊接连接之后的冷却过程中,焊缝两侧的收缩量不同,导致焊接接头出现复杂的高应力状态,进而加速裂纹的产生。

3.3 1Cr13不锈钢和Q235碳钢焊接时同样存在焊缝稀释和形成过渡层的问题,导致Q235碳钢一侧焊缝形成脱碳层而1Cr13不锈钢一侧形成增碳层,随着扩散的持久,使Q235碳钢一侧的含碳量降低,变成了铁素体组织,并使焊接接头的焊缝组织成为奥氏体加铁素体。

4 焊接工艺措施

为了获得无裂纹的焊接接头,应尽量避免焊接接头熔合线组织与焊缝金属的不一致性,使1Cr13不锈钢一侧没有显著的稀释现象,在工艺上采取了以下措施:

4.1 正确选择焊接材料

1Cr13不锈钢与Q235碳钢焊接接头的焊缝金属化学成分主要取决于填充金属。为了保证结构使用性能的要求,焊缝金属的成分应力求接近于其中一种钢的成分。为了尽量减小构件的焊接变形,采取了两名电焊工对称焊接的手工弧焊方法,焊条选用E5015(或E309),焊缝金属的Cr当量为5%~6%,经回火处理后具有良好的力学性能。

4.2 预热温度和层间温度

焊前预热和层间温度的控制对减少裂纹的形成有一定影响。预热温度过高,会导致焊缝的冷却速度变慢,有可能引起焊接接头晶粒边界碳化物的析出和形成铁素体组织,大大地降低接头的冲击韧性。预热温度过低,则起不到预热的作用,无法防止裂纹的形成。1Cr13不锈钢与Q235碳钢焊接的预热温度和层间温度要控制在150~300℃。

4.3 焊后温度的控制及回火热处理

焊后必须缓慢冷却至100~150℃,保温0.5~1h,使焊接接头的组织全部转变为马氏体,随后才能升温回火,进行热处理。回火温度应控制在700~730℃范围内,保温时间在4~5h。

4.4 操作工艺

为防止不锈钢焊接一侧晶体粗大,产生脆化和裂纹,还要采取以下工艺措施:1选用小的热输入,小的焊接电流,较快的焊接速度。2采用短弧焊,电弧稍偏向碳钢母材侧,使两母材金属受热均匀一致。3由于需要多层焊,前一层焊缝冷却至200~300℃后焊下一道焊缝。4焊后进行缓冷。具体焊接工艺参数选择如表3。

5 结语

对于1Cr13不锈钢与Q235碳钢的异种钢焊接,采用手工电弧焊,焊条选用E5015或E309,选择合适的焊前预热温度、焊接电流及速度等焊接工艺参数并进行适当的焊后热处理,就能获得良好的焊接效果,满足焊接结构的使用要求。

本工程由于采用了合理的焊接材料和焊接工艺,焊接接头成形良好,未见裂纹的产生。

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